KR101777326B1 - Electron donating polymer and organic solar cell including the same - Google Patents

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Abstract

화학식 1로 표시되는 반복단위 A 및 화학식 2로 표시되는 반복단위 B를 포함하는 전자 공여체 고분자, 그리고 상기 전자 공여체 고분자를 포함하는 유기 태양 전지를 제공한다. Formula repeating unit represented by A 1 and the electron donor containing a repeating unit B represented by the formula (2) polymer, and to provide organic solar cells comprising the electron donor polymer.

Description

전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지{ELECTRON DONATING POLYMER AND ORGANIC SOLAR CELL INCLUDING THE SAME} The organic solar cell which comprises an electron donor polymer and this {ELECTRON DONATING POLYMER AND ORGANIC SOLAR CELL INCLUDING THE SAME}

전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지에 관한 것이다. The electron donor present invention relates to polymers and organic solar cells comprising the same.

태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자로서, 무한정 무공해의 차세대 에너지 자원으로 각광받고 있다. Solar cell is spotlighted as a solar energy as a photoelectric conversion element for converting into electrical energy, a next-generation energy source for pollution-free indefinitely.

태양 전지는 p형 반도체 및 n형 반도체를 포함하며, 광활성층에서 태양 광 에너지를 흡수하면 반도체 내부에서 전자-정공 쌍(electron-hole pair, EHP)이 생성되고, 여기서 생성된 전자 및 정공이 n형 반도체 및 p형 반도체로 각각 이동하고 이들이 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다. Solar cell absorbs the solar energy, the photoactive layer comprises a p-type semiconductor and n-type semiconductor electron in the semiconductor-hole pairs (electron-hole pair, EHP) is generated, the electrons and holes are generated, where n See the respective type semiconductor and a p-type semiconductor, and they are collected in the electrode being available externally as electric energy.

태양 전지는 박막을 구성하는 물질에 따라 무기 태양 전지와 유기 태양 전지로 나뉠 수 있다. Solar cells may be in accordance with the material constituting the thin film solar cell be divided into inorganic and organic solar cell. 유기 태양 전지는 광활성층의 구조에 따라 p형 반도체와 n형 반도체가 별개의 층으로 이루어진 바이레이어 pn 접합(bi-layer pn junction) 구조와 p형 반도체와 n형 반도체가 혼합되어 있는 벌크 이종접합(bulk heterojunction) 구조로 나눌 수 있다. Organic solar cells by layers the pn junction is a p-type semiconductor and an n-type semiconductor composed of distinct layers, depending on the geometry of the photoactive layer (bi-layer pn junction) structure and a p-type semiconductor and n-type semiconductor is a mixture of a bulk heterojunction which (bulk heterojunction) structure can be divided into.

일 구현예는 넓은 파장영역의 빛을 흡수할 수 있고, 유기 용매에 쉽게 용해될 수 있으며, 전자 수용체와의 혼화성(miscibility)이 우수한 전자 공여체 고분자를 제공한다. One embodiment may absorb light in a wide wavelength region, it can be easily dissolved in an organic solvent, to provide an electron donor and an electron acceptor is excellent in the compatibility (miscibility) polymer.

다른 일 구현예는 광흡수율 및 단락전류밀도(J sc , short circuit current density)를 높여 효율을 개선할 수 있는 유기 태양 전지를 제공한다. Another embodiment provides an organic solar cell capable of light absorption rate and a short circuit current density (J sc, short circuit current density ) to increase an efficiency improvement.

일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 A 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위 B를 포함하는 전자 공여체 고분자를 제공한다. According to one embodiment, to provide an electron donor polymers comprising the repeating unit B represented by the repeating unit A and the following formula (2) represented by the general formula (1).

[화학식 1] Formula 1

Figure 112011077708926-pat00001

상기 화학식 1에서, In the formula 1,

X 1 은 각 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 2개의 에스테르 잔기와 상기 에스테르 잔기를 연결하는 치환 또는 비치환된 2가의 지방족 유기기를 함유하는 전자 수용기(electron accepting group)이고, X 1 is an electron receptor (electron accepting group) for the same or different and each independently contains two ester moieties and substituted for connecting the ester group or unsubstituted divalent aliphatic organic ring to each other in each repeating unit,

X 2 는 각 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR 100 이고, 여기서 R 100 은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이다. X 2 are the same or different and are each independently hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group, a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted with each other in each repeating unit a C1 to C20 ester group, a thiol group, or -SR 100, wherein R 100 is a substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 aromatic organic group, or a substituted or unsubstituted ring ring a C2 to C30 heterocycloalkyl group.

[화학식 2] [Formula 2]

Figure 112011077708926-pat00002

상기 화학식 2에서, In Formula 2,

X 3 및 X 4 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR 101 이고, 여기서 R 101 은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이다. X 3 and X 4 are the same or different, and each independently hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group, a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted ring is C1 to C20 ester group, a thiol group, or -SR 101, wherein R 101 is a substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 aromatic organic group, or a substituted or unsubstituted C2 ring to C30 alkyl group is a heterocycloalkyl. 구체적으로는 상기 X 3 및 X 4 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알콕시기, 또는 -SR 101 일 수 있고, 여기서 R 101 은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알킬기일 수 있다. Specifically, the X 3 and X 4 may be the same or different and are each independently hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted C1 to C15 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkoxy group, a -SR 101, or unsubstituted one another wherein R 101 may be a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkyl group.

구체적으로는 상기 2개의 에스테르 잔기와 상기 에스테르 잔기를 연결하는 치환 또는 비치환된 2가의 지방족 유기기를 함유하는 전자 수용기는 하기 화학식 3 또는 4로 표시되는 작용기를 포함할 수 있다. Specifically, the E-receptor containing a substituted or unsubstituted divalent organic aliphatic ring connecting the two ester residue and the ester group may comprise a functional group represented by the following general formula 3 or 4.

[화학식 3] [Formula 3]

Figure 112011077708926-pat00003

[화학식 4] [Formula 4]

Figure 112011077708926-pat00004

상기 화학식 3 및 4에서, In the above formulas (3) and (4),

X 5 내지 X 7 은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C20 지방족 유기기이고, And X 5 to X 7 are the same or different, and each independently represent a substituted or unsubstituted divalent C1 to C20 aliphatic organic ring,

R 1 및 R 2 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기이다. R 1 and R 2 are identical or different and are each independently hydrogen, or a substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group with one another.

구체적으로는 상기 반복단위 A는 하기 화학식 5-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 5-2로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있다. Specific examples thereof include one selected from the repeating unit, and combinations thereof represented by the repeating unit, the following formulas 5-2 to 5-1 are represented by the following general formula of the repeating unit A.

[화학식 5-1] [Chemical Formula 5-1]

Figure 112011077708926-pat00005

[화학식 5-2] [Chemical Formula 5-2]

Figure 112011077708926-pat00006

상기 화학식 5-1 및 5-2에서, In Formula 5-1 and 5-2,

X 2 는 각 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있고, X 2 may be the same or different and are C1 to C20 alkyl groups each independently selected from hydrogen, halogen, or substituted or unsubstituted with each other in each repeating unit,

X 5 내지 X 7 은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C10 지방족 유기기일 수 있고, X 5 to X 7 may be the same or different and each is a divalent C1 to C10 aliphatic organic date ring each independently represent a substituted or unsubstituted one another,

R 1 및 R 2 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 지방족 유기기일 수 있다. R 1 and R 2 may be the same or different and each is a C1 to C10 aliphatic organic date each independently hydrogen, or substituted or unsubstituted with one another.

더욱 구체적으로는 상기 반복단위 A는 하기 화학식 6-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 6-2로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있고, 상기 반복단위 B는 하기 화학식 7-1 내지 7-4로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있다. More specifically, may include one selected from the repeating unit, and combinations thereof represented by the repeating unit, the following formulas 6-2 to 6-1 are represented by the following general formula of the repeating unit A, to have the repeating unit B formula may comprise one selected from the repeating unit, and combinations thereof represented by the 7-1 to 7-4.

[화학식 6-1] [Chemical Formula 6-1]

Figure 112011077708926-pat00007

[화학식 6-2] [Chemical Formula 6-2]

Figure 112011077708926-pat00008

[화학식 7-1] [Chemical Formula 7-1]

Figure 112011077708926-pat00009

[화학식 7-2] [Chemical Formula 7-2]

Figure 112011077708926-pat00010

[화학식 7-3] [Chemical Formula 7-3]

Figure 112011077708926-pat00011

[화학식 7-4] [Chemical Formula 7-4]

Figure 112011077708926-pat00012

상기 전자 공여체 고분자는 상기 반복단위 A 및 상기 반복단위 B를 약 1:0.5 내지 약 1:2.5의 몰비로 포함할 수 있다. The electron donor is a polymer wherein the recurring unit A and the repeating unit B is about 1: may comprise a molar ratio of 2.5: 0.5 to about 1.

상기 전자 공여체 고분자는 하기 화학식 8-1 내지 8-4로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있다. The electron donor polymer to may include one selected from the repeating unit, and combinations thereof of the formula 8-1 to 8-4.

[화학식 8-1] [Chemical Formula 8-1]

Figure 112011077708926-pat00013

[화학식 8-2] [Chemical Formula 8-2]

Figure 112011077708926-pat00014

[화학식 8-3] [Chemical Formula 8-3]

Figure 112011077708926-pat00015

[화학식 8-4] [Chemical Formula 8-4]

Figure 112011077708926-pat00016

상기 화학식 8-1 내지 8-4에서, In Formula 8-1 to 8-4,

X 2 는 각 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있고, X 2 may be the same or different and are C1 to C20 alkyl groups each independently selected from hydrogen, halogen, or substituted or unsubstituted with each other in each repeating unit,

X 3 및 X 4 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알콕시기, 또는 -SR 101 일 수 있고, 여기서 R 101 은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알킬기일 수 있고, X 3 and X 4 may be the same or different and are each independently hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted C1 to C15 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkoxy group, a -SR 101, or unsubstituted one another, where R 101 may be a C1 to C15 alkyl group substituted or unsubstituted,

X 5 내지 X 7 은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C10 지방족 유기기일 수 있고, X 5 to X 7 may be the same or different and each is a divalent C1 to C10 aliphatic organic date ring each independently represent a substituted or unsubstituted one another,

R 1 및 R 2 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 지방족 유기기일 수 있다. R 1 and R 2 may be the same or different and each is a C1 to C10 aliphatic organic date each independently hydrogen, or substituted or unsubstituted with one another.

구체적으로는 상기 전자 공여체 고분자는 하기 화학식 9-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 9-2로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있다. Specific examples thereof include one selected from the repeating unit, and combinations thereof represented by the repeating unit, the following formulas 9-2 of the formula 9-1 wherein the electron donor is a polymer.

[화학식 9-1] [Chemical Formula 9-1]

Figure 112011077708926-pat00017

[화학식 9-2] [Chemical Formula 9-2]

Figure 112011077708926-pat00018

상기 전자 공여체 고분자는 약 500 내지 약 800,000의 수평균 분자량을 가질 수 있다. The electron donor polymer may have a number average molecular weight of from about 500 to about 800,000.

상기 전자 공여체 고분자는 약 1.2 eV 내지 약 2.5 eV의 밴드갭을 가질 수 있다. The electron donor polymer may have a band gap of about 1.2 eV to about 2.5 eV.

다른 일 구현예에 따른 유기 태양 전지는 서로 마주하는 애노드와 캐소드, 그리고 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 위치하고 상기 전자 공여체 고분자를 포함하는 전자 공여체(electron donor) 및 전자 수용체(electron acceptor)를 포함하는 광활성 층을 포함한다. The organic solar cell according to another embodiment has an anode and a cathode facing each other, and a photoactive which is located between the anode and the cathode containing an electron donor (electron donor) and an electron acceptor (electron acceptor) comprising the electron donor polymer a layer.

전자 수용체와의 혼화성을 개선할 수 있고, 광흡수율 및 단락전류밀도(J sc )를 높여 유기 태양 전지의 효율을 개선할 수 있다. Increasing the can improve the compatibility of the electron acceptor, the light absorption rate and a short circuit current density (J sc) may improve the efficiency of the organic solar cell.

도 1은 일 구현예에 따른 유기 태양 전지의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of an organic solar cell according to one embodiment.
도 2는 실시예 1의 전자 공여체 고분자에 대한 IR 스펙트럼이다. 2 is an IR spectra for the polymer of Example 1, an electron donor.
도 3은 실시예 1의 전자 공여체 고분자에 대한 자외선-가시광선(UV-Vis)의 흡수 스펙트럼이다. Figure 3 is the first embodiment of the ultraviolet light on the electron donor polymer is an absorption spectrum of the visible light (UV-Vis).
도 4는 비교예 1 및 비교예 2의 전자 공여체 고분자에 대한 자외선-가시광선(UV-Vis)의 흡수 스펙트럼이다. 4 is a Comparative Example 1 and Comparative Example 2 UV for the electron donor polymer is an absorption spectrum of the visible light (UV-Vis).

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. Will be described in detail so that the present invention is to facilitate the self having ordinary skill in the art with respect to the embodiment belonging to the following, embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings, for example. 그러나 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다. However, it is embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "치환" 내지 "치환된"이란, 본 발명의 작용기 중의 하나 이상의 수소가 할로겐(-F, -Cl, -Br 또는 -I), 하이드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기(NH 2 , NH(R 200 ) 또는 N(R 201 )(R 202 )이고, 여기서 R 200 , R 201 및 R 202 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 C1 내지 C10 알킬기임), 아미디노기, 하이드라진기, 하이드라존기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 알콕시기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 헤테로사이클로알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환된 것을 의미한다. Unless otherwise noted herein, "substituted" to "substituted" means, at least one hydrogen in the functional groups of the present invention, halogen (-F, -Cl, -Br or -I), a hydroxyl group, a nitro group, a cyano group, an amino group (NH 2, NH (R 200 ) , or N (R 201) (R 202), wherein R 200, R 201 and R 202 are the same or different and are C1 to C10 alkyl groups, each independently from each other), an amidino group, a hydrazine group, a hydrazide jongi, a carboxyl group, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted haloalkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted alkynyl group, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted heteroaryl group, and a substituted or means that the beach is substituted by one or more substituents selected from the group consisting of unsubstituted heterocycloalkyl group.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "지방족"이란 C1 내지 C20 알킬, C2 내지 C20 알케닐, C2 내지 C20 알키닐, C1 내지 C20 알킬렌, C2 내지 C20 알케닐렌, 또는 C2 내지 C20 알키닐렌을 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C15 알킬, C2 내지 C15 알케닐, C2 내지 C15 알키닐, C1 내지 C15 알킬렌, C2 내지 C15 알케닐렌, 또는 C2 내지 C15 알키닐렌을 의미하고, 더욱 구체적으로는 C1 내지 C10 알킬, C2 내지 C10 알케닐, C2 내지 C10 알키닐, C1 내지 C10 알킬렌, C2 내지 C10 알케닐렌, 또는 C2 내지 C10 알키닐렌을 의미하고, "방향족"이란 C6 내지 C30 아릴, C2 내지 C30 헤테로아릴, C6 내지 C30 아릴렌 또는 C2 내지 C30 헤테로아릴렌을 의미하고, 구체적으로는 C6 내지 C20 아릴, C2 내지 C20 헤테로아릴, C6 내지 C20 아릴렌 또는 C2 내지 C20 헤테로아릴렌을 의미한다. It means one, "aliphatic" is a C1 to C20 alkyl, C2 to C20 alkenyl, C2 to C20 alkynyloxy, C1 to C20 alkylene, C2 to C20 alkenylene, or C2 to C20 alkynylene, unless otherwise referred to herein and, specifically, C1 to C15 alkyl, C2 to C15 alkenyl, C2 to C15 alkynyl group, C1 to C15 alkylene, C2 to C15 alkenylene, or C2 to mean C15 alkynylene, and, more specifically, C1 to C10 alkyl, C2 to C10 alkenyl, C2 to C10 alkynyl group, C1 to C10 alkylene, C2 to C10 alkenylene, or C2 to C10 means alkynylene, and "aromatic" is C6 to C30 aryl, C2 to C30 heteroaryl aryl, refers to a C6 to C30 arylene or a C2 to C30 heteroarylene, and specifically, means a C6 to C20 aryl, C2 to C20 heteroaryl, a C6 to C20 arylene or a C2 to C20 heteroarylene.

또한 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "헤테로사이클로알킬기", "헤테로아릴기" 및 "헤테로아릴렌기"는 각각 독립적으로 N, O, S, Si 또는 P의 헤테로 원자를 하나의 고리 내에 1개 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 사이클로알킬기, 아릴기 및 아릴렌기를 의미한다. In addition, one special mention this one, "heterocycle group", "heteroaryl" and "heteroaryl group" are heteroatoms each independently selected from N, O, S, Si or P is not in the present specification in a ring one to contain three, and the rest means a carbon of a cycloalkyl group, an aryl group and arylene group.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "알킬기"란 C1 내지 C20 알킬기를 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C15 알킬기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C1 내지 C10 알킬기를 의미하고, "사이클로알킬기"란 C3 내지 C20 사이클로알킬기를 의미하고, 구체적으로는 C3 내지 C15 사이클로알킬기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C3 내지 C10 사이클로알킬기를 의미하고, "알킬렌기"란 C1 내지 C20 알킬렌기를 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C15 알킬렌기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C1 내지 C10 알킬렌기를 의미하고, "알케닐기"란 C2 내지 C20 알케닐기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C15 알케닐기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C2 내지 C10 알케닐기를 의미하고, "알케닐렌기"란 C2 내지 C20 알케닐렌기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C15 알케닐렌기를 의미하며, 더욱 구 Unless otherwise noted herein, "alkyl" means C1 to mean a C20 alkyl group, and specifically, C1 to mean a C15 alkyl group and, more specifically, a C1 to C10 alkyl group means, and "cycloalkyl group" a column C3 to means a C20 cycloalkyl group and, more specifically C3 to sense a C15 cycloalkyl group and, more specifically, means, and means an "alkylene group" is a C1 to C20 alkylene of C3 to C10 cycloalkyl group, specifically, C1 to means a group C15 alkylene, and more specifically C1 to to C10 means an alkylene group, and means a C2 to C20 alkenyl term "alkenyl", and specifically means an alkenyl C2 to C15, more specifically a C2 to C10 alkenyl group means, and means an "alkenylene" means a C2 to C20 alkenylene specifically, means a C2 to C15 alkenylene and, further, obtain 체적으로는 C2 내지 C10 알케닐렌기를 의미하고, "알키닐기"란 C2 내지 C20 알키닐기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C15 알키닐기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C2 내지 C10 알키닐기를 의미하고, "알키닐렌기"란 C2 내지 C20 알키닐렌기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C15 알키닐렌기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C2 내지 C10 알키닐렌기를 의미하고, "알콕시기"란 C1 내지 C20 알콕시기를 의미하고, 구체적으로는 C1 내지 C15 알콕시기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C1 내지 C10 알콕시기를 의미하고, "아릴기"란 C6 내지 C30 아릴기를 의미하고, 구체적으로는 C6 내지 C20 아릴기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C6 내지 C15 아릴기를 의미하고, "헤테로아릴기"란 C2 내지 C30 헤테로아릴기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C20 헤테로아릴기를 의미하며, 더욱 구체 Volume with the means a C2 to C10 alkenylene, and means an "alkynyl group" means a C2 to C20 alkynyl, and specifically, means a C2 to C15 alkynyl and, more specifically, to means a C2 to C10 alkynyl , "alkynylene group" means a C2 to C20 alkynylene means a group, and specifically, the C2 to C15 alkynylene means a group and, more specifically, C2 to C10 alkynylene group means, and "alkoxy group" is a C1 to C20 alkoxy It means a group, and specifically, C1 to mean a group C15 alkoxy, and more specifically C1 to means a C10 alkyl, and, and means an "aryl group" is C6 to C30 aryl group specifically means a C6 to C20 aryl, and , more specifically, it means a C6 to C15 aryl, and means a "heteroaryl group" means a C2 to C30 heteroaryl, and, specifically, means a C2 to C20 heteroaryl group, and more specific 으로는 C2 내지 C15 헤테로아릴기를 의미하고, "헤테로아릴렌기"란 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C20 헤테로아릴렌기를 의미하며, 더욱 구체적으로는 C2 내지 C15 헤테로아릴렌기를 의미하고, "헤테로사이클로알킬기"란 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기를 의미하고, 구체적으로는 C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기를 의미하며, "할로겐"이란 F, Cl, Br 또는 I를 의미한다. A C2 to C15 means a heteroaryl group, and means a group C2 to C30 heteroarylene term "heteroaryl group", and specifically, means a C2 to C20 heteroarylene, more specifically, a C2 to C15 heteroarylene It means a group, means a "heterocycloalkyl group" means a C2 to C30 heterocycloalkyl group, and specifically, means a C2 to C20 heterocycloalkyl group, and refers to "a halogen" is F, Cl, Br or I.

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "조합"이란 일반적으로는 혼합 또는 공중합을 의미한다. Unless otherwise defined herein, "combination" means generally means a mixture or a copolymer. 여기서, "공중합"이란 블록 공중합, 랜덤 공중합, 그래프트 공중합 또는 교호 공중합을 의미하고, "공중합체"란 블록 공중합체, 랜덤 공중합체, 그래프트 공중합체 또는 교호 공중합체를 의미한다. Here, a "copolymer" is meant a block copolymer, random copolymer, graft copolymer or alternate copolymer means, and "copolymer" is a block copolymer, random copolymer, graft copolymer or alternating copolymer.

또한 본 명세서에서 "*"는 동일하거나 상이한 원자 또는 화학식과 연결되는 부분을 의미한다. Also in this specification, "*" means a portion connected to the same or different atom or chemical formula.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. In order to clearly express various layers and regions in the drawings it is shown on an enlarged scale, a thickness. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. For like elements throughout the specification attached to the same reference numerals. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. Layer, film, region, when being "on" another portion of the plate-like part, which also includes the case when in different parts "directly above", as well as with the other element or intervening. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. Conversely, when any part of the other part says, "just above" it means that there is no other part in the middle.

일 구현예에 따른 전자 공여체 고분자는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 A 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위 B를 포함한다. And the electron donor one polymer according to the embodiment is to contain the repeating unit B represented by the repeating unit A and the following formula (2) represented by the general formula (1).

[화학식 1] Formula 1

Figure 112011077708926-pat00019

상기 화학식 1에서, In the formula 1,

X 1 은 각 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 2개의 에스테르 잔기와 상기 에스테르 잔기를 연결하는 치환 또는 비치환된 2가의 지방족 유기기를 함유하는 전자 수용기(electron accepting group)이다. X 1 is an electron receptor (electron accepting group) for the same or different and each independently contains two ester moieties and substituted for connecting the ester group or unsubstituted divalent aliphatic organic ring to each other in each repeating unit.

X 2 는 각 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR 100 이다. X 2 are the same or different and are each independently hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group, a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted with each other in each repeating unit is a C1 to C20 ester group, a thiol group, or -SR 100. 여기서, R 100 은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이고, 구체적으로는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다. Wherein, R 100 is a substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 aromatic organic group, or a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, specifically a substituted or unsubstituted the may be a C1 to C20 alkyl group.

X 1 및 X 2 가 알케닐기 또는 알키닐기를 포함하는 경우, 탄소-탄소 불포화 결합, 예를 들면 탄소-탄소 이중결합 및 탄소-탄소 삼중결합을 1개 또는 2개 포함할 수 있다. When X 1 and X 2 that comprises an alkenyl group or alkynyl group, carbon-carbon triple bond may comprise one or two-carbon unsaturated bond, for example, carbon-carbon double bond and carbon.

구체적으로는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 A는 하기 화학식 1-1로 표시되는 반복단위, 화학식 1-2로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있다. Specific examples thereof include one selected from the repeating units, repeating units and combinations thereof, of the formula 1-2 to 1-1 represented by the formula is a repeating unit A represented by the formula (1).

[화학식 1-1] [Chemical Formula 1-1]

Figure 112011077708926-pat00020

[화학식 1-2] [Chemical Formula 1-2]

Figure 112011077708926-pat00021

상기 화학식 1-1 및 1-2에서, In Formula 1-1 and 1-2,

X 1 및 X 2 에 대한 설명은 상기 화학식 1에서와 같다. Description of the X 1 and X 2 are as in formula (I).

[화학식 2] [Formula 2]

Figure 112011077708926-pat00022

상기 화학식 2에서, In Formula 2,

X 3 및 X 4 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR 101 이다. X 3 and X 4 are the same or different, and each independently hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group, a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted ring is a C1 to C20 ester group, a thiol group, or -SR 101. 여기서 R 101 은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이고, 구체적으로는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있다. Wherein R 101 is a substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 aromatic organic group, or a substituted or unsubstituted C2 to C30 heterocycloalkyl group, specifically a substituted or unsubstituted ring It may be a C1 to C20 alkyl group.

구체적으로는 X 3 및 X 4 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알콕시기, 또는 -SR 101 일 수 있고, 여기서 R 101 은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알킬기일 수 있다. Specifically, X 3 and X 4 may be the same or different and are each independently hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted C1 to C15 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkoxy group, a -SR 101, or unsubstituted one another, wherein R 101 may be a C1 to C15 alkyl group substituted or unsubstituted.

X 3 및 X 4 가 알케닐기 또는 알키닐기를 포함하는 경우, 탄소-탄소 불포화 결합, 예를 들면 탄소-탄소 이중결합 및 탄소-탄소 삼중결합을 1개 또는 2개 포함할 수 있다. It may contain one or two carbon-carbon triple bond dog-X 3 and X 4 is an alkenyl group or an alkynyl case comprising a carbonyl carbon-carbon unsaturated bond, for example, carbon-carbon double bond and carbon.

상기 전자 공여체 고분자는 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위 B를 포함함으로써, 전자를 외부에 제공하는 역할을 수행할 수 있다. The electron donor is a polymer, by including the repeating unit B represented by the above formula (2) may serve to provide electrons to the outside.

상기 전자 공여체 고분자는 상용화재(compatibilizer)의 역할을 할 수 있는 작용기로서 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 A를 포함한다. The electron donor is a polymer comprising the repeating unit A represented by the formula (1) as a functional group which can act as a commercial fire (compatibilizer). 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 A는 2개의 에스테르 잔기와 상기 에스테르 잔기를 연결하는 치환 또는 비치환된 2가의 지방족 유기기를 함유하는 전자 수용기를 포함한다. Repeat units A of the formula (1) comprises an electronic receiver containing two ester residue and a substituted or unsubstituted divalent organic aliphatic ring connecting the ester residue. 이로써, 상기 전자 공여체 고분자는 전자 수용체와의 혼화성을 개선할 수 있어, 광활성 층의 모폴로지를 효과적으로 개선할 수 있다. Thus, the electron donor is a polymer it is possible to improve the compatibility of the electron acceptor, it is possible to improve the morphology of the photoactive layer effectively. 그 결과 전자와 정공의 분리를 용이하게 할 수 있고, 전자와 정공의 재결합(recombination)을 방지할 수 있어, 이를 유기 태양 전지에 사용할 경우 유기 태양 전지의 광전변환효율을 개선할 수 있다. As a result, it is possible to facilitate separation of electrons and holes, it is possible to prevent the electron-hole recombination (recombination), it is possible to improve the photoelectric conversion efficiency of the organic solar cell when used in an organic solar cell.

상기 전자 공여체 고분자에서, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 A에 포함되는 치환 또는 비치환된 2가의 지방족 유기기는 소수성을 나타낼 수 있고, 한편 상기 에스테르 잔기는 친수성 내지 극성을 나타낼 수 있다. In the electron donor polymer, it may represent a substituted or unsubstituted divalent aliphatic organic group is 2 hydrophobic ring contained in the repeating unit A represented by the formula (1), whereas the ester residue may exhibit hydrophilic to polarity. 이에 의해, 상기 전자 공여체 고분자는 다양한 용매에 효과적으로 용해될 수 있어, 광활성 층의 형성을 용이하게 할 수 있다. As a result, the electron donor polymers can be made, facilitating formation of a photoactive layer it can be efficiently dissolved in various solvents.

또한, 상기 전자 공여체 고분자에서, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 A는 상기 전자 수용기를 포함함으로써, 상기와 같은 전자 수용기를 포함하지 않은 고분자에 비해, 낮은 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 레벨을 가지면서도, HOMO(highest occupied molecular orbital) 레벨은 비슷한 수준으로 유지할 수 있다. Further, in the above-mentioned electron donor polymer, the repeating unit A represented by the formula (1) is by the inclusion of the electronic receiver, relative to a polymer that does not contain the e-receiver as described above, a low LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) of the level yet , HOMO (highest occupied molecular orbital) level can be maintained at a similar level. 그 결과, 상기 전자 공여체 고분자는, 상기와 같은 전자 수용 작용기를 포함하지 않은 고분자에 비해, 작은 밴드갭을 가질 수 있고, 보다 넓은 파장 영역의 태양광을 흡수할 수 있다. As a result, the electron donor is a polymer, as compared to polymers which do not contain electron-accepting functional group as described above, may have a small band gap, it is possible to absorb the sunlight to a wider wavelength region.

상기 2개의 에스테르 잔기와 상기 에스테르 잔기를 연결하는 치환 또는 비치환된 2가의 지방족 유기기를 함유하는 전자 수용기는 하기 화학식 3 또는 4로 표시되는 작용기를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Electronic container containing a substituted or unsubstituted divalent organic aliphatic ring connecting the two ester residue and the ester group, but may contain a functional group represented by the following general formula 3 or 4, and the like.

[화학식 3] [Formula 3]

Figure 112011077708926-pat00023

[화학식 4] [Formula 4]

Figure 112011077708926-pat00024

상기 화학식 3 및 4에서, In the above formulas (3) and (4),

X 5 내지 X 7 은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C20 지방족 유기기이고, 구체적으로는 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C10 지방족 유기기일 수 있고, 더욱 구체적으로는 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C10 알킬렌기일 수 있다. X 5 to X 7 are the same or different, and are each independently a substituted or unsubstituted divalent C1 to C20 aliphatic organic ring, and specifically may be a divalent C1 to date C10 aliphatic organic unsubstituted or substituted, and more specifically the date may be alkylene substituted or unsubstituted divalent C1 to C10 unsubstituted alkyl.

R 1 및 R 2 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기이고, 구체적으로는 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 지방족 유기기일 수 있고, 더욱 구체적으로는 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기일 수 있다. R 1 and R 2 are the same or different, are each independently hydrogen, or substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic ring, specifically, may be hydrogen, or a C1 to date C10 aliphatic organic unsubstituted or substituted, more specifically, it may be a hydrogen, or a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group. 또한 R 1 및 R 2 는 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기일 수 있다. In addition, R 1 and R 2 may be hydrogen or a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group.

예컨대, 상기 화학식 3 또는 4로 표시되는 작용기를 포함하는 반복단위 A는 하기 반응식 1 또는 2로 표시되는 바에 따라 합성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. For example, the repeating unit A containing a group represented by the formula 3 or 4, but can be synthesized, as shown by the following reaction scheme 1 or 2, and the like.

[반응식 1] [Reaction Scheme 1]

Figure 112011077708926-pat00025

[반응식 2] [Reaction Scheme 2]

Figure 112011077708926-pat00026

상기 반응식 1 및 2에서, In the above schemes 1 and 2,

X 5 내지 X 7 , R 1 및 R 2 에 대한 설명은 상기 화학식 3 및 4에서 설명한 바와 같다. Description of the X 5 to X 7, R 1 and R 2 are as described in the formulas (3) and (4).

구체적으로는 상기 화학식 3 또는 4로 표시되는 작용기를 포함하는 반복단위 A는 4,6-디브로모티에노[3,4-b]티오펜-2-카르복실산(4,6-dibromothieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylic acid), 디사이클로헥실카르보디이미드(dicyclohexylcarbodiimide, DCC) 및 4-디메틸아미노피리딘(4-dimethylaminopyridine, DMAP)를 디클로로메탄 (dichloromethane, MC)에 녹인 후, 하기 화학식 3-1 또는 하기 화학식 4-1로 표시되는 알킬 하이드록시알카노에이트 유도체(alkyl hydroxyalkanoate derivative)와 반응시켜 얻을 수 있다. Specifically, the repeating unit A containing a group represented by the formula 3 or 4 is 4,6-bomo in no [3,4-b] thiophene-2-carboxylic acid (4,6-dibromothieno [ was dissolved 3,4-b] thiophene-2-carboxylic acid), dicyclohexyl carbodiimide (dicyclohexylcarbodiimide, DCC) and 4-dimethylaminopyridine (4-dimethylaminopyridine, DMAP) in dichloromethane (dichloromethane, MC), to can be obtained by alkyl-hydroxy alkanoate derivatives (alkyl hydroxyalkanoate derivative) and the reaction represented by formula 3-1 or the following formula 4-1.

[화학식 3-1] [Chemical Formula 3-1]

Figure 112011077708926-pat00027

[화학식 4-1] [Chemical Formula 4-1]

Figure 112011077708926-pat00028

상기 화학식 3-1 및 4-1에서, In Formula 3-1, and 4-1,

X 5 내지 X 7 , R 1 및 R 2 에 대한 설명은 상기 화학식 3 및 4에서 설명한 바와 같다. Description of the X 5 to X 7, R 1 and R 2 are as described in the formulas (3) and (4).

구체적으로는 상기 반복단위 A는 하기 화학식 5-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 5-2로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Specifically, it is not the repeating unit A is a repeating unit represented by the formula 5-1, but may include one selected from the repeating unit, and combinations thereof of the formula 5-2, like.

[화학식 5-1] [Chemical Formula 5-1]

Figure 112011077708926-pat00029

[화학식 5-2] [Chemical Formula 5-2]

Figure 112011077708926-pat00030

상기 화학식 5-1 및 5-2에서, In Formula 5-1 and 5-2,

X 2 는 각 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있고, X 2 may be the same or different and are C1 to C20 alkyl groups each independently selected from hydrogen, halogen, or substituted or unsubstituted with each other in each repeating unit,

X 5 내지 X 7 은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C10 지방족 유기기일 수 있고, X 5 to X 7 may be the same or different and each is a divalent C1 to C10 aliphatic organic date ring each independently represent a substituted or unsubstituted one another,

R 1 및 R 2 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 지방족 유기기일 수 있다. R 1 and R 2 may be the same or different and each is a C1 to C10 aliphatic organic date each independently hydrogen, or substituted or unsubstituted with one another.

더욱 구체적으로는 상기 반복단위 A는 하기 화학식 6-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 6-2로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. More specifically, it is not the repeating unit A is a repeating unit represented by the formula 6-1, but may include one selected from the repeating unit, and combinations thereof of the formula 6-2, like.

[화학식 6-1] [Chemical Formula 6-1]

Figure 112011077708926-pat00031

[화학식 6-2] [Chemical Formula 6-2]

Figure 112011077708926-pat00032

구체적으로는 상기 반복단위 B는 하기 화학식 7-1 내지 화학식 7-4로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Specifically, it is not the repeating unit B is to, but may include one selected from the formula 7-1) to (repeating units and combinations thereof, represented by the 7-4, like.

[화학식 7-1] [Chemical Formula 7-1]

Figure 112011077708926-pat00033

[화학식 7-2] [Chemical Formula 7-2]

Figure 112011077708926-pat00034

[화학식 7-3] [Chemical Formula 7-3]

Figure 112011077708926-pat00035

[화학식 7-4] [Chemical Formula 7-4]

Figure 112011077708926-pat00036

상기 전자 공여체 고분자는 상기 반복단위 A 및 상기 반복단위 B를 약 1:0.5 내지 약 1:2.5의 몰비로 포함할 수 있다. The electron donor is a polymer wherein the recurring unit A and the repeating unit B is about 1: may comprise a molar ratio of 2.5: 0.5 to about 1. 상기 반복단위 A 및 상기 반복단위 B의 몰비가 상기 범위 내인 경우, 상기 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량을 증가시킬 수 있으며 또한 상기 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량을 효과적으로 제어할 수 있고, 상기 전자 공여체 고분자를 용액 공정으로 용이하게 제조할 수 있다. If within the repeating unit A and the above-mentioned range the molar ratio of the repeating unit B, to increase the number average molecular weight of the electron donor polymer, and also it is possible to effectively control the number average molecular weight of the electron donor polymer, wherein the electron donor polymer as a solution process can be easily produced. 구체적으로는 상기 반복단위 A 및 상기 반복단위 B를 약 1:0.75 내지 약 1:2.5의 몰비로 포함할 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 1:1 내지 약 1:2의 몰비로 포함할 수 있다. Specifically, the repeating units A and said repeating units B of about 1: may comprise a molar ratio of 2.5, more specifically from about 1: 0.75 to about 1 may include a molar ratio of 2: 1 to about 1 .

상기 전자 공여체 고분자는 하기 화학식 8-1 내지 8-4로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The electron donor polymer to, but may include one selected from the formula 8-1 to the repeating units and combinations thereof represented by 8-4, and the like.

[화학식 8-1] [Chemical Formula 8-1]

Figure 112011077708926-pat00037

[화학식 8-2] [Chemical Formula 8-2]

Figure 112011077708926-pat00038

[화학식 8-3] [Chemical Formula 8-3]

Figure 112011077708926-pat00039

[화학식 8-4] [Chemical Formula 8-4]

Figure 112011077708926-pat00040

상기 화학식 8-1 내지 8-4에서, In Formula 8-1 to 8-4,

X 2 는 각 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기일 수 있고, X 2 may be the same or different and are C1 to C20 alkyl groups each independently selected from hydrogen, halogen, or substituted or unsubstituted with each other in each repeating unit,

X 3 및 X 4 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알콕시기, 또는 -SR 101 일 수 있고, 여기서 R 101 은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알킬기일 수 있고, X 3 and X 4 may be the same or different and are each independently hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted C1 to C15 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkoxy group, a -SR 101, or unsubstituted one another, where R 101 may be a C1 to C15 alkyl group substituted or unsubstituted,

X 5 내지 X 7 은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C10 지방족 유기기일 수 있고, X 5 to X 7 may be the same or different and each is a divalent C1 to C10 aliphatic organic date ring each independently represent a substituted or unsubstituted one another,

R 1 및 R 2 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 지방족 유기기일 수 있다. R 1 and R 2 may be the same or different and each is a C1 to C10 aliphatic organic date each independently hydrogen, or substituted or unsubstituted with one another.

구체적으로는 상기 전자 공여체 고분자는 하기 화학식 9-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 9-2로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Specifically, it is not the electron donor polymer to, but may include one selected from the repeating unit, and combinations thereof represented by the repeating unit, the following formulas 9-2 of the formula 9-1, like.

[화학식 9-1] [Chemical Formula 9-1]

Figure 112011077708926-pat00041

[화학식 9-2] [Chemical Formula 9-2]

Figure 112011077708926-pat00042

상기 전자 공여체 고분자는 약 500 내지 약 800,000의 수평균 분자량을 가질 수 있다. The electron donor polymer may have a number average molecular weight of from about 500 to about 800,000. 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량이 상기 범위 내인 경우, 상기 전자 공여체 고분자의 형성 시에 용액 조성을 용이하게 조절할 수 있어, 상기 전자 공여체 고분자의 물성을 효과적으로 조절할 수 있다. If the molecular weight is within the average range of the number of electron donor polymer, it is possible in the formation of the electron donor polymer easily adjusted composition solution can be adjusted to the physical properties of the electron donor polymer effectively. 또한 상기 전자 공여체 고분자를 용이하게 가공할 수 있어, 이를 유기 태양 전지의 제조에 용이하게 사용할 수 있다. In addition, it is possible to easily process the electron donor polymer, it is possible to easily use it for the production of the organic solar cell. 구체적으로는 전자 공여체 고분자는 약 700 내지 약 500,000의 수평균 분자량을 가질 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 1,000 내지 약 200,000의 수평균 분자량을 가질 수 있고, 보다 구체적으로는 약 2,000 내지 약 100,000의 수평균 분자량을 가질 수 있고, 또한 구체적으로는 약 5,000 내지 약 50,000의 수평균 분자량을 가질 수 있다. Specifically, the electron donor polymer may have a number average molecular weight of from about 700 to about 500,000, and more specifically, may have a number average molecular weight of from about 1,000 to about 200,000, and more specifically, the number of about 2,000 to about 100,000 It may have a number average molecular weight, and specifically, may have a number average molecular weight of from about 5,000 to about 50,000.

상기 전자 공여체 고분자는 약 1.2 eV 내지 약 2.5 eV의 밴드갭을 가질 수 있다. The electron donor polymer may have a band gap of about 1.2 eV to about 2.5 eV. 전자 공여체 고분자의 밴드갭이 상기 범위 내인 경우, 넓은 파장 영역에서 태양광을 효과적으로 흡수할 수 있어 단락전류밀도(J sc )를 높일 수 있고, 이로 인해 이를 사용하는 유기 태양 전지의 효율을 효과적으로 개선할 수 있다. If within the band gap of the electron donor polymer the above-mentioned range, it is possible to effectively absorb the sunlight in a wide wavelength region and to increase the short-circuit current density (J sc), This effectively improves the efficiency of the organic solar battery using the same can. 구체적으로는 상기 전자 공여체 고분자는 약 1.3 eV 내지 약 1.6 eV의 밴드갭을 가질 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 1.35 eV 내지 약 1.6 eV의 밴드갭을 가질 수 있다. Specifically, the electron donor polymer may have a band gap of about 1.3 eV to about 1.6 eV, and more specifically, may have a band gap of about 1.35 eV to about 1.6 eV.

이하 도 1을 참고하여 일 구현예에 따른 유기 태양 전지에 대하여 설명한다. Refer to FIG. 1 will be described below with respect to the organic solar cell in accordance with one embodiment.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양 전지의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of an organic solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 태양 전지(100)는 기판(10), 기판(10)의 일면에 위치하는 하부 전극(20), 하부 전극(20)의 일면에 위치하는 광활성 층(30), 광활성 층(30)의 일면에 위치하는 상부 전극(40)을 포함한다. Referring to Figure 1, an organic solar cell 100 according to one embodiment is optically active layer positioned on one side of the lower electrode 20, the lower electrode 20 located on one side of the substrate 10, the substrate 10 30, an upper electrode 40 which is located on one side of the photoactive layer (30).

기판(10)은 투광성 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 유리와 같은 무기 물질 또는 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드 및 폴리에테르술폰과 같은 유기 물질로 만들어질 수 있다. The substrate 10 may be made of a translucent material, such as inorganic materials such as glass or polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyamide and a polyether made from an organic material such as polysulfone can.

하부 전극(20) 및 상부 전극(40) 중 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. One of the lower electrode 20 and upper electrode 40 is the anode (anode) and the other is a cathode (cathode). 하부 전극(20) 및 상부 전극(40) 중 하나는 ITO, 인듐 도핑된 산화아연 (indium doped ZnO, IZO), 산화주석(SnO 2 ), 알루미늄 도핑된 산화아연(aluminum doped ZnO, AZO), 갈륨 도핑된 산화아연(gallium doped ZnO, GZO) 따위의 투명 도전체로 만들어질 수 있으며, 다른 하나는 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 리튬(Li) 등의 불투명 도전체로 만들어질 수 있다. One of the lower electrode 20 and upper electrode 40 are ITO, indium-doped zinc oxide (indium doped ZnO, IZO), tin oxide (SnO 2), aluminum zinc oxide doped (aluminum doped ZnO, AZO), gallium the doped zinc oxide (gallium doped ZnO, GZO) may be made of a transparent conductor of something, and the other is aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), lithium-made body opaque conductive material such as (Li) can.

광활성 층(30)은 n형 반도체 물질로 만들어진 전자 수용체와 p형 반도체 물질로 만들어진 전자 공여체를 포함한다. The optically active layer 30 containing an electron donor and an electron acceptor made of p type semiconductor material made of n-type semiconductor material.

전자 수용체는 예컨대 전자 친화도가 큰 플러렌(C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, C860 등); An electron acceptor, for example an electron affinity larger fullerenes (C60, C70, C74, C76, C78, ​​C82, C84, C720, C860, etc.); 1-(3-메톡시-카르보닐)프로필-1-페닐(6,6)C61(1-(3-methoxy-carbonyl)propyl-1-phenyl(6,6)C61: PCBM), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM 등과 같은 플러렌 유도체들; 1- (3-methoxy-carbonyl) propyl-1-phenyl (6,6) C61 (1- (3-methoxy-carbonyl) propyl-1-phenyl (6,6) C61: PCBM), C71-PCBM the fullerene derivative, such as, C84-PCBM, bis-PCBM; 페릴렌(perylene); Perylene (perylene); CdS, CdTe, CdSe, ZnO 등과 같은 무기 반도체; Inorganic semiconductors such as CdS, CdTe, CdSe, ZnO; 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. Or you can use a combination of these.

전자 공여체는 상술한 전자 공여체 고분자를 포함한다. The electron donor comprises an electron donor above the polymer. 상기 전자 공여체 고분자를 포함함으로써, 상기 유기 태양 전지는 기존의 유기 태양 전지와 동등한 수준의 개방회로전압(V oc , open circuit voltage)을 유지하면서도, 기존의 유기 태양 전지에 비해 더 높은 단락전류밀도(J sc )를 가질 수 있다. By including the electron donor polymer, the organic solar cells while maintaining a voltage (V oc, open circuit voltage) open-circuit the same level as conventional organic solar cell, the higher short-circuit current density compared to the conventional organic solar cells ( It may have a J sc). 또한 상기 전자 공여체는 다양한 용매에 효과적으로 용해될 수 있고, 전자 수용체와 효과적으로 혼화될 수 있다. In addition, the electron donor may be efficiently dissolved in various solvents and can be blended with electron acceptor efficiently. 이로 인해, 상기 유기 태양 전지는 우수한 광전변환효율을 가질 수 있다. Thus, the organic solar cell can have an excellent photoelectric conversion efficiency.

전자 수용체와 전자 공여체는 예컨대 벌크 이종접합(bulk heterojunction) 구조를 이룰 수 있다. An electron acceptor and an electron donor may be for example achieved a bulk heterojunction (bulk heterojunction) structure. 벌크 이종접합 구조는 광활성 층(30)에 흡수된 빛에 의해 여기된 전자-정공 쌍이 확산을 통해 전자 수용체와 전자 공여체의 계면에 도달하면 그 계면을 이루는 두 물질의 전자 친화도 차이에 의하여 전자와 정공으로 분리되고, 전자는 전자 수용체를 통해 캐소드로 이동하고 정공은 전자 공여체를 통해 애노드로 이동하여 광전류(photocurrent)를 발생시킨다. Bulk heterojunction structure excited electrons by the light absorbed in the photoactive layer (30) by the difference between the electron affinity of the two substances hole pairs when via diffusion reaches the interface between the electron acceptor and the electron donor constituting the interface between the electronic and is split into a hole, the electron moves to the cathode through the electron acceptor, and a hole generates a photoelectric current (photocurrent) to move to the anode through an electron donor.

이하 본 기재의 실시예 및 비교예를 기재한다. It is described the following Examples and Comparative Examples of the base material. 그러나 하기 실시예는 본 기재의 일 실시예일뿐이며, 본 기재가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. However, the Examples are merely exemplary examples of the base material, it is not the base material is limited by the following examples.

실시예 Example

실시예 1: 전자 공여체 고분자의 제조 Example 1: Preparation of electron donor to Polymer

하기 반응식 3으로 표시되는 바에 따라 반복단위 A의 유도체, 구체적으로는 5-에톡시-5-옥소펜틸-4,6-디브로모티에노[3,4-b]티오펜-2-카르복실레이트(5-ethoxy-5-oxopentyl-4,6-dibromothieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate)를 합성한다. To derivatives of the repeating unit A, as shown in scheme 3, specifically, 5-ethoxy-5-oxo-pentyl-4,6-bomo in no [3,4-b] thiophene-2-carboxylic synthesizing an acrylate (5-ethoxy-5-oxopentyl-4,6-dibromothieno [3,4-b] thiophene-2-carboxylate).

[반응식 3] [Reaction Scheme 3]

Figure 112011077708926-pat00043

4,6-디브로모티에노[3,4-b]티오펜-2-카르복실산(4,6-dibromothieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylic acid) 1.00 g(2.92 mmol), 디사이클로헥실카르보디이미드(dicyclohexylcarbodiimide, DCC) 0.731 g(3.51 mmol) 및 4-디메틸아미노피리딘(4-Dimethylaminopyridine, DMAP) 0.123 g(1.01 mmol)을 질소 분위기 하에서 디클로로메탄(dichloromethane, MC) 10 ml에 녹인 후, 에틸-5-히드록시펜타노에이트(ethyl-5-hydroxypentanoate) 2.19 g(15.0 mmol)을 첨가하고 20 시간 동안 실온에서 교반한다. 4,6-bomo in no [3,4-b] thiophene-2-carboxylic acid (4,6-dibromothieno [3,4-b] thiophene-2-carboxylic acid) 1.00 g (2.92 mmol) , dicyclohexyl carbodiimide (dicyclohexylcarbodiimide, DCC) 0.731 g (3.51 mmol) and 4-dimethylaminopyridine (4-dimethylaminopyridine, DMAP) 0.123 g (1.01 mmol) in dichloromethane (dichloromethane, MC) in a nitrogen atmosphere, 10 ml It was dissolved on addition of ethyl-5-hydroxy-pentanoate (ethyl-5-hydroxypentanoate) 2.19 g (15.0 mmol) and stirred at room temperature for 20 hours. 이어서, 여기에 50 ml의 물을 부은 후 디클로로메탄으로 추출한다. Then, after pouring 50 ml of water here and extracted with dichloromethane. 추출한 후, 유기층에 존재하는 소량의 물은 소듐설페이트(sodium sulfate)로 제거하고 용매를 제거한다. After extraction, a small amount of water present in the organic layer is removed with sodium sulfate (sodium sulfate) and the solvent removed. 이어서, 실리카겔을 이용한 컬럼 크로마토그래피 법으로 정제하여 5-에톡시-5-옥소펜틸-4,6-디브로모티에노[3,4-b]티오펜-2-카르복실레이트를 얻는다. Then, to obtain a no [3,4-b] thiophene-2-carboxylate in 5 to obtain purified by column chromatography with silica gel ethoxy-5-oxo-pentyl-4,6-bomo.

이어서, 하기 반응식 4로 표시되는 바에 따라 전자 공여체 고분자를 제조한다. Next, to produce a polymer, as the electron donor represented by the following scheme 4.

[반응식 4] [Reaction Scheme 4]

Figure 112011077708926-pat00044

비스(트리부틸틴)티오펜(bis(tributyltin)thiophene) 331 mg(0.500 mmol) 및 5-에톡시-5-옥소펜틸-4,6-디브로모티에노[3,4-b]티오펜-2-카르복실레이트 235 mg(0.500 mmol)을 DMF/톨루엔(dimethylforamide/toluene, 부피비=1/4) 10 ml에 넣고, 이어서 촉매로 Pd(PPh 3 ) 4 25 mg(0.022 mmol)을 넣고 교반한다. Bis (tributyltin) thiophene (bis (tributyltin) thiophene) to 331 mg (0.500 mmol) and 5-pentyl-5-oxo-4,6-bomo in no [3,4-b] thiophene 2-carboxylate 235 mg (0.500 mmol) of DMF / toluene (dimethylforamide / toluene, the volume ratio = 1/4) was added to 10 ml, followed by stirring the Pd (PPh 3) 4 25 mg (0.022 mmol) as a catalyst do. 이어서, 120℃의 온도로 가열하여 전자 공여체 고분자를 제조한다. Then, to manufacture the electron donor polymer is heated to a temperature of 120 ℃. 상기 제조한 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 약 700이고, 중량평균 분자량은 약 760이다. The number average molecular weight of the polymer produced by the electron donor is about 700, a weight average molecular weight is about 760.

실시예 2: 전자 공여체 고분자의 제조 Example 2: Preparation of electron donor to Polymer

상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 5-에톡시-5-옥소펜틸-4,6-디브로모티에노[3,4-b]티오펜-2-카르복실레이트를 얻는다. Example 1 In the same manner as to give an oxo-5-pentyl-4,6-bomo-no [3,4-b] thiophene-2-carboxylate in a 5.

이어서, 하기 반응식 5로 표시되는 바에 따라 전자 공여체 고분자를 제조한다. Next, to produce a polymer, as the electron donor represented by the following scheme 5.

[반응식 5] [Reaction Scheme 5]

Figure 112011077708926-pat00045

비-2,2"-트리부틸틴-티오펜(bi-2,2"-tributyltin-thiophene) 372 mg(0.500 mmol) 및 5-에톡시-5-옥소펜틸-4,6-디브로모티에노[3,4-b]티오펜-2-카르복실레이트 235 mg(0.500 mmol)을 DMF/톨루엔(dimethylforamide/toluene, 부피비=1/4) 10 ml에 넣고, 이어서 촉매로 Pd(PPh 3 ) 4 25 mg(0.022 mmol)을 넣고 교반한다. In "(-tributyltin-thiophene-5-oxo-pentyl-4,6-bomo to 372 mg (0.500 mmol) and 5-ratio-2,2-thiophene-bi-2,2) - tributyltin" no [3,4-b] thiophene-2-carboxylate 235 mg (0.500 mmol) of DMF / toluene (dimethylforamide / toluene, the volume ratio = 1/4) was added to 10 ml, followed by Pd (PPh 3) as a catalyst 4 is stirred into the 25 mg (0.022 mmol). 이어서, 120℃의 온도로 가열하여 전자 공여체 고분자를 제조한다. Then, to manufacture the electron donor polymer is heated to a temperature of 120 ℃. 상기 제조한 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 약 1000이고, 중량평균 분자량은 약 1085이다. The number average molecular weight of the polymer produced by the electron donor is from about 1000, weight average molecular weight is about 1085.

실시예 3: 태양 전지의 제조 Example 3: Preparation of solar cell

먼저 1 mm 두께의 투명 유리기판을 준비한다. First preparing a transparent glass substrate of 1 mm thickness.

이어서, 상기 투명 유리기판 위에 스퍼터링 방법으로 150 nm 두께의 ITO(indium tin oxide) 애노드를 형성한다. Then, to form the transparent glass of 150 nm thick by a sputtering method on the substrate ITO (indium tin oxide) anode.

이어서, 상기 ITO 애노드 위에 스핀 코팅 방법으로 30 nm 두께의 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythoiphene):poly(styrenesulfonate)) 막을 형성한 후, 1시간 동안 소성한다. Then, the ITO anode with a thickness of 30 nm PEDOT by a spin coating method above: The film is formed and then, calcined for one hour: PSS (poly (styrenesulfonate) poly (3,4-ethylenedioxythoiphene)). 상기 스핀 코팅에는 SPIN-1200D(MIDAS SYSTEM사제)를 사용한다. In the spin-coating uses a SPIN-1200D (MIDAS SYSTEM Co., Ltd.).

이어서, 상기 실시예 1에서 제조한 전자 공여체 고분자 8 mg과 C71-PCBM 12 mg을 클로로벤젠(chlorobenzene) 0.97 ml에 넣고, 여기에 디아이오도옥탄(diiodooctane) 0.03 ml를 넣은 후, 14 시간 동안 교반하여 혼합물을 제조한다. Then, into the electron donor molecular 8 mg and C71-PCBM 12 mg prepared in Example 1 in 0.97 ml chloro benzene (chlorobenzene), after misleading DI here insert the octane (diiodooctane) 0.03 ml, followed by stirring for 14 hours to prepare a mixture. 상기 혼합물을 상기 PEDOT:PSS 막 위에 스핀 코팅 방법(2000 rpm)으로 65 nm 두께가 되도록 도포하여 광활성 층을 형성한다. The mixture was the PEDOT: applying to be 65 nm thick by spin coating method (2000 rpm) on the PSS film to form a photoactive layer. 상기 스핀 코팅에는 SPIN-1200D(MIDAS SYSTEM사제)를 사용한다. In the spin-coating uses a SPIN-1200D (MIDAS SYSTEM Co., Ltd.).

이어서, 상기 광활성 층 위에 열 증착(thermal evaporation) 방법으로 20/80 nm 두께의 Ca/Al 캐소드를 형성한다. Then, the thermal deposition (thermal evaporation) method on the photoactive layer to form a Ca / Al cathode of thickness 20/80 nm. 상기 열 증착에는 GVtech의 장비를 사용한다. Wherein the thermal deposition is to use equipment of GVtech.

이로써, 태양 전지를 제조한다. Thus, to prepare a solar cell.

실시예 4: 태양 전지의 제조 Example 4: Preparation of solar cell

상기 실시예 2에서 제조한 전자 공여체 고분자 8 mg과 C71-PCBM 12 mg을 클로로벤젠(chlorobenzene) 0.97 ml에 넣고, 여기에 디아이오도옥탄(diiodooctane) 0.03 ml을 넣은 후, 14 시간 동안 교반하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 상기 PEDOT:PSS 막 위에 스핀 코팅 방법(1500 rpm)으로 64 nm 두께가 되도록 도포하여 광활성 층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하여 태양 전지를 제조한다. After putting the electron donor molecular 8 mg and C71-PCBM 12 mg prepared in Example 2 in 0.97 ml chloro benzene (chlorobenzene), into the DI Goto octane (diiodooctane) 0.03 ml here, and the mixture was stirred for 14 hours Preparation and the mixture the PEDOT: to and is carried out in the same manner as in example 3 except that to the coating so that the 64 nm thick by spin coating method (1500 rpm) on the PSS film to form a photoactive layer to manufacture a solar cell .

비교예 1: 전자 공여체 고분자의 제조 Comparative Example 1 Preparation of electron donor to Polymer

하기 화학식 10으로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자를 전자 공여체 고분자로 사용한다. To use a polymer containing a repeating unit represented by formula (10) as an electron donor polymer. 상기 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 21000이다. The number average molecular weight of the electron donor polymer is 21,000.

[화학식 10] [Formula 10]

Figure 112011077708926-pat00046

비교예 2: 전자 공여체 고분자의 제조 Comparative Example 2: Preparation of electron donor to Polymer

하기 화학식 11로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자를 전자 공여체 고분자로 사용한다. To use a polymer containing a repeating unit represented by formula (11) as an electron donor polymer. 상기 전자 공여체 고분자의 수평균 분자량은 21000이다. The number average molecular weight of the electron donor polymer is 21,000.

[화학식 11] [Chemical Formula 11]

Figure 112011077708926-pat00047

비교예 3: 태양 전지의 제조 Comparative Example 3: Preparation of solar cell

상기 비교예 1에서 제조한 전자 공여체 고분자 12 mg과 C71-PCBM 12 mg을 클로로벤젠(chlorobenzene) 0.97 ml에 넣고, 여기에 디아이오도옥탄(diiodooctane) 0.03 ml를 넣은 후, 14 시간 동안 교반하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 상기 PEDOT:PSS 막 위에 스핀 코팅 방법(1500 rpm)으로 68 nm 두께가 되도록 도포하여 광활성 층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하여 태양 전지를 제조한다. After putting the electron donor polymer 12 mg and C71-PCBM 12 mg produced in Comparative Example 1 in 0.97 ml chloro benzene (chlorobenzene), inserted here DI Goto octane (diiodooctane) 0.03 ml to the mixture and stirred for 14 hours Preparation and the mixture the PEDOT: to and is carried out in the same manner as in example 3 except that to the coating so that the spin coating method to 68 nm thickness (1500 rpm) on the PSS film to form a photoactive layer to manufacture a solar cell .

비교예 4: 태양 전지의 제조 Comparative Example 4: Preparation of solar cell

상기 비교예 2에서 제조한 전자 공여체 고분자 10 mg과 C71-PCBM 15 mg을 클로로벤젠(chlorobenzene) 0.97 ml에 넣고, 여기에 디아이오도옥탄(diiodooctane) 0.03 ml를 넣은 후, 14 시간 동안 교반하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 상기 PEDOT:PSS 막 위에 스핀 코팅 방법(1500 rpm)으로 65 nm 두께가 되도록 도포하여 광활성 층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하여 태양 전지를 제조한다. After putting the electron donor polymer 10 mg and C71-PCBM 15 mg produced in Comparative Example 2 in 0.97 ml chloro benzene (chlorobenzene), inserted here DI Goto octane (diiodooctane) 0.03 ml to the mixture and stirred for 14 hours Preparation and the mixture the PEDOT: to and is carried out in the same manner as in example 3 except that to the coating so that the 65 nm thick by spin coating method (1500 rpm) on the PSS film to form a photoactive layer to manufacture a solar cell .

시험예 1: IR 측정 Test Example 1: IR measurements

상기 실시예 1 및 2의 전자 공여체 고분자 각각에 대하여, Bio Rad FTS 6000 FTIR spectrometer를 사용하여 ATR 방법에 따라 IR 스펙트럼을 얻었다. Example 1 and 2 with respect to each of the electron donor polymer, using a Bio Rad FTS 6000 FTIR spectrometer to give the IR spectrum in accordance with the ATR method. 상기 실시예 1의 전자 공여체 고분자에 대한 IR 스펙트럼을 도 2에 나타낸다. An IR spectrum of the electron donor polymer of Example 1 are shown in Fig.

도 2에 나타난 바에 의하면, sp 2 CH bond 및 sp 3 CH bond를 나타내는 약 2960 cm -1 피크, C=O bond를 나타내는 약 1714 cm -1 피크, 그리고 CO bond를 나타내는 약 1250 cm -1 , 약 1180 cm -1 , 약 1050 cm -1 피크가 나타남을 확인할 수 있어, 상기 실시예 1의 전자 공여체 고분자는 상기 반응식 4에 따른 결과물임을 확인할 수 있다. According also shown in the bar 2, sp 2 bond and CH 3 CH sp bond around 2960 cm -1 peak, around 1250 cm -1, indicating the peak of about 1714 cm -1, and CO bond that represents the C = O bond represents about 1180 cm -1, can be confirmed to appear about 1050 cm -1 peak, the electron donor polymer of example 1 is found to be output according to the scheme 4.

시험예 2: 광흡수 특성 평가 및 밴드갭 측정 Test Example 2: Characterization of light absorption and band gap measurement

상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 전자 공여체 고분자 각각을 디클로로벤젠(dichlorobenzene)에 녹인 후, 유리판 위에 떨어뜨린다. After the above Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, each electron donor polymer dissolved in dichlorobenzene (dichlorobenzene), drops on a glass plate. 이어서, 건조하여 용매를 제거함으로써 필름(film)을 얻는다. Then dried to obtain a film (film) by removal of the solvent. 상기 얻어진 필름 각각의 자외선-가시광선(UV-Vis)의 흡수 스펙트럼을 Varian 사의 Cary 5000 UV spectroscopy 장비를 사용하여 얻는다. It is obtained using the Cary 5000 UV spectroscopy equipment the absorption spectrum of the Varian's visible light (UV-Vis) - the obtained film, each of the ultraviolet ray.

이 중, 실시예 1의 전자 공여체 고분자에 대한 자외선-가시광선(UV-Vis)의 흡수 스펙트럼을 도 3에 나타내고, 비교예 1 및 비교예 2의 전자 공여체 고분자에 대한 자외선-가시광선(UV-Vis)의 흡수 스펙트럼을 도 4에 나타낸다. Among them, the Example 1 UV electron donor for the polymer-visible (UV-Vis) absorption spectrum is shown in 3, Comparative Example 1 and Comparative UV light for an electron donor of a polymer of Example 2-visible (UV- Figure 4 shows the absorption spectra of Vis).

또한, 자외선-가시광선(UV-Vis)의 흡수 스펙트럼으로부터 흡수단(absorption edge)을 측정하고, 상기 흡수단으로부터 광학적 밴드갭(optical bandgap)을 계산한다. In addition, the ultraviolet-absorption edge from the measured absorption spectrum of the visible light (UV-Vis) (absorption edge), and calculates the optical band gap (optical bandgap) from the absorption edge. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다. The results are shown in Table 1.

Absorption edge (nm) Absorption edge (nm) Optical bandgap (eV) Optical bandgap (eV)
실시예 1 Example 1 890 890 1.39 1.39
실시예 2 Example 2 805 805 1.54 1.54
비교예 1 Comparative Example 1 765 765 1.62 1.62
비교예 2 Comparative Example 2 752 752 1.65 1.65

도 3에 나타난 바에 의하면, 실시예 1의 전자 공여체 고분자는 약 300 nm 내지 약 900 nm의 파장 영역의 빛을 충분히 흡수함을 확인할 수 있다. From what shown in FIG. 3, the electron donor polymer of Example 1 can be seen that sufficiently absorb light in a wavelength range of about 300 nm to about 900 nm.

한편, 도 4에 나타난 바에 따르면, 비교예 1 및 2의 전자 공여체 고분자는 약 500 nm 내지 약 700 nm의 파장 영역의 빛을 주로 흡수함을 확인할 수 있다. On the other hand, also reportedly appeared to 4, Comparative electron donor polymers of Examples 1 and 2 may be seen that mainly absorb light of a wavelength region of about 500 nm to about 700 nm.

또한 상기 표 1에 나타난 바에 의하면, 실시예 1 및 2의 전자 공여체 고분자는 비교예 1 및 2의 전자 공여체 고분자보다 광학적 밴드갭이 작음을 확인할 수 있다. Also From what shown in Table 1, Example 1 and an electron donor of a polymer 2 may determine the optical band gap smaller than that of the comparative electron donor polymers of Examples 1 and 2. 이는 실시예 1 및 2의 전자 공여체 고분자에 포함되는 2개의 에스테르 잔기와 상기 에스테르 잔기를 연결하는 치환 또는 비치환된 2가의 지방족 유기기를 함유하는 전자 수용기가 LUMO 레벨을 낮추어서 밴드갭을 줄인 결과이다. This is the result of reduced first and second examples of the electron donor two ester moieties and substituted or unsubstituted bandgap an electronic container containing a divalent aliphatic organic ring by lowering the LUMO level, connecting the ester group contained in the polymer.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다. Has been described with a preferred embodiment of the present invention over the above, the present invention is this not limited can be carried out in various modifications in the detailed description and the scope of the appended figures of the appended claims and the invention is also the It is within the scope of the invention is natural.

100: 유기 태양 전지, 10: 기판, 100: Organic Solar Cell, 10: substrate,
20: 하부 전극, 30: 광활성 층, 20: lower electrode, 30: a photoactive layer,
40: 상부 전극 40: upper electrode

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 A; To repeat unit represented by formula 1 A; And
    하기 화학식 2로 표시되는 반복단위 B를 포함하는 전자 공여체 고분자: To the electron donor containing a repeating unit B represented by the formula (2) polymer:
    [화학식 1] Formula 1
    Figure 112011077708926-pat00048

    상기 화학식 1에서, In the formula 1,
    X 1 은 각 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 2개의 에스테르 잔기와 상기 에스테르 잔기를 연결하는 치환 또는 비치환된 2가의 지방족 유기기를 함유하는 전자 수용기(electron accepting group)이고, X 1 is an electron receptor (electron accepting group) for the same or different and each independently contains two ester moieties and substituted for connecting the ester group or unsubstituted divalent aliphatic organic ring to each other in each repeating unit,
    X 2 는 각 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR 100 이고, 여기서 R 100 은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이고, X 2 are the same or different and are each independently hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group, a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted with each other in each repeating unit a C1 to C20 ester group, a thiol group, or -SR 100, wherein R 100 is a substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 aromatic organic group, or a substituted or unsubstituted ring ring a C2 to C30 heterocycloalkyl group,
    [화학식 2] [Formula 2]
    Figure 112011077708926-pat00049

    상기 화학식 2에서, In Formula 2,
    X 3 및 X 4 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 에스테르기, 티올기, 또는 -SR 101 이고, 여기서 R 101 은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 유기기, 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기이다. X 3 and X 4 are the same or different, and each independently hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group, a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted ring is C1 to C20 ester group, a thiol group, or -SR 101, wherein R 101 is a substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group, a substituted or unsubstituted C2 to C30 aromatic organic group, or a substituted or unsubstituted C2 ring to C30 alkyl group is a heterocycloalkyl.
  2. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 2개의 에스테르 잔기와 상기 에스테르 잔기를 연결하는 치환 또는 비치환된 2가의 지방족 유기기를 함유하는 전자 수용기는 하기 화학식 3 또는 4로 표시되는 작용기를 포함하는 것인 전자 공여체 고분자: Of electron donor to electron receptor containing a substituted or unsubstituted divalent organic aliphatic ring connecting the two ester residue and the ester group includes a functional group represented by the following general formula 3 or 4, the polymer:
    [화학식 3] [Formula 3]
    Figure 112011077708926-pat00050

    [화학식 4] [Formula 4]
    Figure 112011077708926-pat00051

    상기 화학식 3 및 4에서, In the above formulas (3) and (4),
    X 5 내지 X 7 은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C20 지방족 유기기이고, And X 5 to X 7 are the same or different, and each independently represent a substituted or unsubstituted divalent C1 to C20 aliphatic organic ring,
    R 1 및 R 2 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 지방족 유기기이다. R 1 and R 2 are identical or different and are each independently hydrogen, or a substituted or unsubstituted C1 to C20 aliphatic organic group with one another.
  3. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 반복단위 A는 하기 화학식 5-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 5-2로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함하고, To the repeating unit A is a repeating unit represented by the formula 5-1, and includes one selected from the repeating unit, and combinations thereof of the formula 5-2,
    [화학식 5-1] [Chemical Formula 5-1]
    Figure 112011077708926-pat00052

    [화학식 5-2] [Chemical Formula 5-2]
    Figure 112011077708926-pat00053

    상기 화학식 5-1 및 5-2에서, In Formula 5-1 and 5-2,
    X 2 는 각 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고, X 2 is the same or different and are C1 to C20 alkyl groups each independently selected from hydrogen, halogen, or substituted or unsubstituted with each other in each repeating unit,
    X 5 내지 X 7 은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C10 지방족 유기기이고, And X 5 to X 7 are the same or different, and each independently represent a substituted or unsubstituted divalent C1 to C10 aliphatic organic ring,
    R 1 및 R 2 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 지방족 유기기이고, R 1 and R 2 are the same or different, are each independently hydrogen, or substituted or unsubstituted C1 to C10 aliphatic organic ring,
    상기 화학식 2에서, In Formula 2,
    상기 X 3 및 X 4 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알콕시기, 또는 -SR 101 이고, 여기서 R 101 은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알킬기인 것인 전자 공여체 고분자. Wherein X 3 and X 4 are the same or different and are each independently hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted C1 to C15 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkoxy group, or -SR 101 to each other, wherein R 101 is substituted or unsubstituted C1 to C15 alkyl group that is an electron donor polymer.
  4. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 반복단위 A는 하기 화학식 6-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 6-2로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함하고, To the repeating unit A is a repeating unit represented by the formula 6-1, and includes one selected from the repeating unit, and combinations thereof of the formula 6-2,
    상기 반복단위 B는 하기 화학식 7-1 내지 7-4로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함하는 것인 전자 공여체 고분자: The electron donors to have the repeating unit B comprises one selected from the formula to the repeating unit 7-1, and a combination thereof represented by 7-4 Polymer:
    [화학식 6-1] [Chemical Formula 6-1]
    Figure 112011077708926-pat00054

    [화학식 6-2] [Chemical Formula 6-2]
    Figure 112011077708926-pat00055

    [화학식 7-1] [Chemical Formula 7-1]
    Figure 112011077708926-pat00056

    [화학식 7-2] [Chemical Formula 7-2]
    Figure 112011077708926-pat00057

    [화학식 7-3] [Chemical Formula 7-3]
    Figure 112011077708926-pat00058

    [화학식 7-4] [Chemical Formula 7-4]
    Figure 112011077708926-pat00059
    . .
  5. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 반복단위 A 및 상기 반복단위 B를 1:0.5 내지 1:2.5의 몰비로 포함하는 것인 전자 공여체 고분자. The electron donor polymer comprises a molar ratio of 2.5: the repeating units A and said repeating units B 1: 0.5 to 1.
  6. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 전자 공여체 고분자는 하기 화학식 8-1 내지 8-4로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함하는 것인 전자 공여체 고분자: The electron donor to the electron donor is a polymer polymer comprises one selected from the repeating unit, and combinations thereof of the formula 8-1 to 8-4:
    [화학식 8-1] [Chemical Formula 8-1]
    Figure 112011077708926-pat00060

    [화학식 8-2] [Chemical Formula 8-2]
    Figure 112011077708926-pat00061

    [화학식 8-3] [Chemical Formula 8-3]
    Figure 112011077708926-pat00062

    [화학식 8-4] [Chemical Formula 8-4]
    Figure 112011077708926-pat00063

    상기 화학식 8-1 내지 8-4에서, In Formula 8-1 to 8-4,
    X 2 는 각 반복단위에서 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기이고, X 2 is the same or different and are C1 to C20 alkyl groups each independently selected from hydrogen, halogen, or substituted or unsubstituted with each other in each repeating unit,
    X 3 및 X 4 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알콕시기, 또는 -SR 101 이고, 여기서 R 101 은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알킬기이고, X 3 and X 4 are the same or different and are each independently hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted C1 to C15 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkoxy group, or -SR 101 to each other, wherein R 101 is a substituted or an unsubstituted C1 to C15 alkyl group,
    X 5 내지 X 7 은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2가의 C1 내지 C10 지방족 유기기이고, And X 5 to X 7 are the same or different, and each independently represent a substituted or unsubstituted divalent C1 to C10 aliphatic organic ring,
    R 1 및 R 2 는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 지방족 유기기이다. R 1 and R 2 are identical or different and are each independently hydrogen, or a substituted or unsubstituted C1 to C10 aliphatic organic group with one another.
  7. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 전자 공여체 고분자는 하기 화학식 9-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 9-2로 표시되는 반복단위 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함하는 것인 전자 공여체 고분자: The electron donor is a polymer to the electron donor to the polymer repeating unit, represented by formula 9-1 comprises one selected from the repeating unit, and combinations thereof represented by the following formula 9-2:
    [화학식 9-1] [Chemical Formula 9-1]
    Figure 112011077708926-pat00064

    [화학식 9-2] [Chemical Formula 9-2]
    Figure 112011077708926-pat00065
    . .
  8. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 전자 공여체 고분자는 500 내지 800,000의 수평균 분자량을 가지는 것인 전자 공여체 고분자. The electron donor is a polymer electron donor polymer that has a number average molecular weight of 500 to 800,000.
  9. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 전자 공여체 고분자는 1.2 내지 2.5 eV의 밴드갭을 가지는 것인 전자 공여체 고분자. The electron donor is a polymer electron donor polymer that has a band gap of 1.2 to 2.5 eV.
  10. 서로 마주하는 애노드와 캐소드, 그리고 An anode and a cathode facing each other, and
    상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 위치하고 전자 공여체(electron donor) 및 전자 수용체(electron acceptor)를 포함하는 광활성 층 A photoactive layer disposed between the anode and the cathode containing an electron donor (electron donor) and an electron acceptor (electron acceptor)
    을 포함하고, And including,
    상기 전자 공여체는 상기 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 전자 공여체 고분자를 포함하는 것인 유기 태양 전지. The electron donor is said any one of claims 1 to 9 in an organic solar cell comprising the polymer of any one of the electron donor, wherein.
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